Question

天然堿的組成可以用aNa₂CO₃?bNaHCO₃?cH₂O（a、b、c為整數(shù)）表示．現(xiàn)有A、B兩種不同的天然堿樣品，分別進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)以確定其化學(xué)式．將質(zhì)量為31.0g的天然堿A于300℃加熱分解至完全（300℃時(shí)Na₂CO₃不分解），產(chǎn)生CO₂ 2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）和水5.4g．
（1）天然堿A的化學(xué)式中：a=

 

，b=

 

，c=

 

，
已知：Na₂CO₃與稀鹽酸的反應(yīng)分下列兩步進(jìn)行：Na₂CO₃+HCl→NaCl+NaHCO₃，NaHCO₃+HCl→NaCl+CO₂↑+H₂O，將質(zhì)量為12.45g的天然堿B溶于水，逐滴滴加某濃度的稀鹽酸，產(chǎn)生氣體的體積與加入鹽酸的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的關(guān)系如表所示：

鹽酸體積（mL）	20	40	60	80
產(chǎn)生氣體體積（mL）	0	560	1680	2520

（2）由表中數(shù)據(jù)可推測(cè)加入50mL鹽酸時(shí)，產(chǎn)生氣體的體積為

 

mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）；鹽酸的濃度為

 

mol/L；天然堿B的化學(xué)式為：

 

．
（3）若取一定質(zhì)量的天然堿B加入到30mL該濃度的鹽酸中，請(qǐng)寫(xiě)出產(chǎn)生氣體體積V（mL，標(biāo)準(zhǔn)狀況）與天然堿B質(zhì)量W（g）之間的關(guān)系式

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算

專題：計(jì)算題

分析：（1）加熱分解，失去結(jié)晶水，同時(shí)發(fā)生分解反應(yīng)：2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，加熱后殘留固體為碳酸鈉，根據(jù)生成的二氧化碳計(jì)算NaHCO₃的物質(zhì)的量、生成Na₂CO₃、H₂O是的物質(zhì)的量，再結(jié)合生成水的總質(zhì)量計(jì)算結(jié)晶水的物質(zhì)的量，根據(jù)質(zhì)量守恒計(jì)算加熱后殘留固體碳酸鈉的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算晶體中碳酸鈉的質(zhì)量，據(jù)此確定a、b、c；
（2）加入80mL鹽酸生成氣體體積為2520mL，大于加入60mL鹽酸時(shí)生成的氣體體積，故加入40mL、60mL鹽酸時(shí)，鹽酸不足，完全反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，加入50mL鹽酸產(chǎn)生的氣體體積為加入40mL鹽酸產(chǎn)生的氣體及在40mL基礎(chǔ)上再加入10mL鹽酸產(chǎn)生的氣體體積之和，結(jié)合40mL～60mL之間消耗鹽酸體積與生成氣體體積的定比關(guān)系計(jì)算；
40mL～60mL之間消耗20mL鹽酸，生成氣體1680mL-560mL=1120mL，發(fā)生反應(yīng)：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，根據(jù)鹽酸和二氧化碳之間的關(guān)系式計(jì)算鹽酸濃度；
發(fā)生反應(yīng)：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，生成560mL二氧化碳消耗鹽酸的體積=

560mL

1120mL

×20mL=10mL，故加入前30mL鹽酸，發(fā)生反應(yīng)Na₂CO₃+HCl=NaCl+NaHCO₃，30mL～75mL發(fā)生反應(yīng)：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，由兩階段消耗的鹽酸體積，可計(jì)算堿B中Na₂CO₃、NaHCO₃的物質(zhì)的量之比，再根據(jù)生成二氧化碳計(jì)算各自物質(zhì)的量，根據(jù)質(zhì)量守恒計(jì)算結(jié)晶水的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算結(jié)晶水的物質(zhì)的量，確定三者比例關(guān)系，進(jìn)而確定堿B的化學(xué)式；
（3）30mL鹽酸中n（HCl）=0.03mol×3mol/L=0.09mol，設(shè)堿B中Na₂CO₃的物質(zhì)的量n mol，則為NaHCO₃為0.5n mol，則：
Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl+H₂O、NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，
n mol  nmol  n mol          1.5n mol  1.5n mol  1.5n mol
當(dāng)n≥n（HCl），沒(méi)有氣體生成；
當(dāng)n＜0.09且n+1.5n＞0.09時(shí)，碳酸氫鈉不能完全反應(yīng)，鹽酸先與碳酸鈉反應(yīng)轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉，剩余的鹽酸再與碳酸氫鈉反應(yīng)生成二氧化碳；
當(dāng)n+1.5n＜0.09時(shí)，鹽酸過(guò)量，根據(jù)碳元素守恒，生成二氧化碳的物質(zhì)的量，據(jù)此討論解答．

解答： 解：（1）加熱分解，失去結(jié)晶水，同時(shí)發(fā)生分解反應(yīng)：2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，加熱后殘留固體為碳酸鈉，產(chǎn)生CO₂ 2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則其物質(zhì)的量=

2.24L

22.4L/mol

=0.1mol，生成水5.4g，水的物質(zhì)的量=

5.4g

18g/mol

=0.3mol，則：
  2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
0.2mol   0.1mol  0.1mol  0.1mol
故31.0g的天然堿A中，n（NaHCO₃）=0.2mol，n（H₂O）=0.3mol-0.1mol=0.2mol，故m（Na₂CO₃）=31g-0.2mol×84g/mol-0.2mol×18g/mol=10.6g，故n（Na₂CO₃）=

10.6g

106g/mol

=0.1mol，
則堿A中n（Na₂CO₃）：n（NaHCO₃）：n（H₂O）=0.1mol：0.2mol：0.2mol=1：2：2，
化學(xué)式為：Na₂CO₃?2NaHCO₃?2H₂O，即a=1、b=2、c=2，
故答案為：1；2；2；
（2）加入80mL鹽酸生成氣體體積為2520mL，大于加入60mL鹽酸時(shí)生成的氣體體積，故加入40mL、60mL鹽酸時(shí)，鹽酸不足，完全反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，40mL～50mL之間消耗10mL鹽酸，生成氣體體積為（1680mL-560mL）×

(50-40)mL

(60-40)mL

=560mL，故加入50mL鹽酸產(chǎn)生的氣體體積為：560mL+560mL=1120mL；
40mL～60mL之間消耗20mL鹽酸，生成氣體1680mL-560mL=1120mL，發(fā)生反應(yīng)：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，設(shè)鹽酸的難度為c，
NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O
       1       1
      0.02cmol

1.12L

22.4L/mol

1：1=0.02cmol：

1.12L

22.4L/mol

c=2.5mol/L
發(fā)生反應(yīng)：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，生成560mL二氧化碳消耗鹽酸的體積=

560mL

1120mL

×20mL=10mL，故加入前30mL鹽酸，發(fā)生反應(yīng)Na₂CO₃+HCl=NaCl+NaHCO₃，30mL～75mL發(fā)生反應(yīng)：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，
令堿B中Na₂CO₃、NaHCO₃的物質(zhì)的量為amol、bmol，則：
Na₂CO₃+HCl=NaCl+NaHCO₃，
amol  amol      amol
    NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，
（a+b）mol （a+b）mol  （a+b）mol
故amol：（a+b）mol=30mL：（75mL-30mL），則a：b=2：1，由生成二氧化碳可知（a+b）mol=0.1125mol，解得a=0.075、b=0.0375，故堿B中結(jié)晶水的質(zhì)量=12.45g-0.0375mol×84g/mol-0.075mol×106g/mol=1.35g，結(jié)晶水的物質(zhì)的量=

1.35g

18g/mol

=0.075mol，
則堿B中n（Na₂CO₃）：n（NaHCO₃）：n（H₂O）=0.075mol：0.0375mol：0.075mol=2：1：2，
故堿B的化學(xué)式為：2Na₂CO₃?NaHCO₃?2H₂O，
故答案為：1120；3mol/L；2Na₂CO₃?NaHCO₃?2H₂O；
（3）30mL鹽酸中n（HCl）=0.03mol×2.5mol/L=0.075mol，設(shè)堿B中Na₂CO₃的物質(zhì)的量n mol，則為NaHCO₃為0.5n mol，
發(fā)生反應(yīng)：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl+H₂O、NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，
          n mol  nmol  n mol          1.5n mol  1.5n mol  1.5n mol
當(dāng)堿B中n（Na₂CO₃）≥n（HCl），即n（Na₂CO₃）≥0.075mol，沒(méi)有氣體生成，氣體體積V=0，天然堿B質(zhì)量W（g）滿足：

W

332

×2≥0.075，則W≥12.45，
當(dāng)n＜0.075且n+1.5n＞0.075時(shí)，碳酸氫鈉不能完全反應(yīng)，鹽酸先與碳酸鈉反應(yīng)轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉，剩余的鹽酸再碳酸氫鈉反應(yīng)生成二氧化碳，即：

W

332

×2＜0.075且

W

332

×2×2.5＞0.075，整理得4.98＜W＜12.45，生成二氧化碳為（0.075-

W

332

×2）mol，其體積V=（0.075-

W

332

×2）mol×22400mL/mol=（1680-

44800W

332

）mL，
當(dāng)n+1.5n≤0.075時(shí)，碳酸氫鈉完全反應(yīng)，鹽酸過(guò)量或恰好反應(yīng)，即

W

332

×2×2.5≤0.075整理得W＜4.98，故應(yīng)0＜W≤4.98，根據(jù)碳元素守恒，生成二氧化碳的物質(zhì)的量=

W

332

mol×3，故二氧化碳體積V=

W

332

mol×3×22400mL/mol=

67200W

332

mL，
故答案為：W≥12.45g，V=0mL；4.98g＜W＜12.45g，V=（1680-

44800W

332

）mL；0＜W≤4.98g，V=

67200W

332

mL．

點(diǎn)評(píng)：本題考查混合物計(jì)算、根據(jù)方程式計(jì)算，題目過(guò)程復(fù)雜繁瑣，數(shù)據(jù)多，計(jì)算量大，包含字母型討論計(jì)算，（3）碳酸鈉與鹽酸的反應(yīng)分兩步進(jìn)行，先找出完全反應(yīng)點(diǎn)，再根據(jù)完全反應(yīng)的點(diǎn)確定范圍，綜合考查學(xué)生各方面素質(zhì)，難度很大，屬于易錯(cuò)題目．